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化學工業用矽的冶煉工藝

2019-05-22 08:46来源:电子游戏平台 - 首页

化學工業用矽的冶煉工藝

1、化學用矽的工藝流程包括爐料准備,中頻電爐熔煉,矽的精制和澆鑄,除去熔渣夾雜而進行的破碎。在爐料配制之前,所有原料都要進行必要的處理。矽石在颚式破碎機中破碎到塊度不大于100mm,篩出小于5mm的碎塊,並用水沖洗潔淨。因爲熔爐中碎塊在爐膛上部熔融,從而降低了爐料的透氣性,使生産過程難以進行。石油焦有較高的導電系數,要破碎到塊度不大于10mm,又要控制石油焦的粉末量。因其在爐膛口上直接燃燒,會造成還原劑不足。

2、化學用矽生産中,煙煤完全可以取代木炭,固定炭達77.19%,揮發分爲19.4%,灰分含量3.41%,Fe2O3含量0.22%,Al2O3含量0.99%,CaO含量0.17%。經生産實踐,采用此種煙煤冶煉化學用矽是可行的。

3、生産化學用矽用的木塊和木片是用截材機和木片削片機加工的。爐料中碳質還原劑主要以石油焦和煙煤爲主,木塊和木片的用量要視爐況來決定。生産中不用木質,反而産品質量還更穩定。爐料的配比根據要求所生産的産品級別來定。石油焦和煙煤的配比按每批礦矽需要的碳量來確定。石油焦和煙煤的比例對爐料的工作電阻影響較大。

4、爐料各組分經稱量後,將爐料混合均勻,待搗爐後,將混合均勻的爐料集中加入爐內。保持一定的料面高度,加料均勻。

5、化學矽生産是連續不斷進行的。爐內的狀況也不是永恒不變的。化學矽生産在電爐內是以電能轉換成熱能,然後再用熱能直接加熱物料而産生化學反應的過程。所以爐內的電氣特性是非常重要的,熔煉實行閉弧操作,保持高溫爐,提高熱效率,提高電爐利用率,在研究中使用容量爲3200KVA和6300KVA金屬矽爐各一台。熔煉采用一定時間的焖燒和定期集中加料的操作方法進行。正常情況下爐料難以自動下沈,一般需強制沈料。爐況容易波動,較難控制。因此,在生産中必須正確判斷,及時處理。每4小時出一次爐,進行精練澆鑄,破碎挑渣整理入庫。

一、概述/金屬矽

金屬矽又稱結晶矽或工業矽,其主要用途是作爲非鐵基合金的添加劑,是二十世紀六十年代中期出現的一個商品名稱。它的出現與半導體行業的興起有關。目前,國際用作法是把商品矽分成金屬矽和半導體矽。金屬矽是由石英和焦炭在中頻熔煉爐内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右,其余杂质为铁、铝、钙等。金属硅价格昂贵。[2] 工业上,金属硅通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 化学反应方程式: SiO2 + 2C → Si + 2CO 这样制得的金属硅纯度为97~98%。再将它融化后重结晶,用酸除去杂质,得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。[3]

二、性質/金屬矽

硅是半金属之一,旧称“矽”。熔点为1420℃,密度为2.34克/厘米3。质硬而脆。在常温下不溶于酸,易溶于碱。金属硅成分主要是硅,因此和硅具有相类似的性质。金属硅的性质与锗、铅、锡相近,具有半导体性质。[3] 硅在地壳中资源极为丰富,仅次于氧,占地壳总重的四分之一还强,以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体:一种为暗棕色无定形粉末,性质活泼,在空气中能燃烧;另一种为性质稳定的晶体(晶态硅)。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材,优质的石英用于制作合金、金属和单晶。

三、分類/金屬矽

1、金屬矽的分類通常按金屬矽成分所含的鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來分類。按照金屬矽中鐵、鋁、鈣的含量,可把金屬矽分爲553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌號。

2、工业上,金属硅通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 化学反应方程式: SiO2 + 2C → Si + 2CO 这样制得的硅纯度为97~98%,叫做金属硅。再将它融化后重结晶,用酸除去杂质,得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。

3、金属硅成分主要是硅,因此和硅具有相类似的性质。硅有无定形硅和晶形硅两种同素异形体。无定形硅是灰黑色粉末,实际上也是一种微晶体。晶形硅具有金刚石的晶体结构和半导体性质 , 熔点 1410℃ , 沸点 2355℃ ,密度2.32~2.34克/厘米3,莫氏硬度 7,性脆 。无定形硅化学性质活泼,在氧气中能剧烈燃烧。它在高温下与卤素、氮、碳等非金属发生反应,也能与镁、钙、铁等金属作用,生成硅化物。无定形硅几乎不溶于包括氢氟酸在内的所有无机酸和有机酸,但能溶于硝酸与氢氟酸的混合酸。浓氢氧化钠溶液能溶解无定形硅,放出氢气。晶形硅比较不活泼,即使在高温下也不与氧气化合,它也不溶于任何一种无机酸和有机酸,但可溶于硝酸和氢氟酸的混合酸以及浓氢氧化钠溶液。

四、附加産品/金屬矽

包括矽微粉,邊皮矽,黑皮矽,金屬矽渣等。其中矽微粉也稱矽粉、微矽粉或矽灰,它廣泛應用于耐火材料和混凝土行業。

五、用途/金屬矽

金屬矽要用于生産有機矽、制取高純度的半導體材料以及配制有特殊用途的合金等。

(1)生産矽橡膠、矽樹脂、矽油等有機矽。矽橡膠彈性好,耐高溫,用于制作醫療用品、耐高溫墊圈等。矽樹脂用于生産絕緣漆、高溫塗料等。矽油是一種油狀物,其粘度受溫度的影響很小,用于生産高級潤滑劑、上光劑、流體彈簧、介電液體等,還可加工成無色透明的液體,作爲高級防水劑噴塗在建築物表面。

(2)制造高純半導體。現代化大型集成電路幾乎都是用高純度金屬矽制成的,而且高純度金屬矽還是生産光纖的主要原料,可以說金屬矽已成爲信息時代的基礎支柱産業。

(3)配制合金。

矽鋁合金是用量最大的矽合金。矽鋁合金是一種強複合脫氧劑,在中頻熔煉过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率,并可净化钢液,提高钢材质量。硅铝合金密度小,热膨胀系数低,铸造性能和抗磨性能好,用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性,可大大提高使用寿命,常用其生产航天飞行器和汽车零部件。硅铜合金具有良好的焊接性能,且在受到冲击时不易产生火花,具有防爆功能,可用于制作储罐。钢中加入硅制成硅钢片,能大大改善钢的导磁性,降低磁滞和涡流损失,可用其制造变压器和电机的铁芯,提高变压器和电机的性能。随着科学技术的发展,金属硅的应用领域还将进一步扩大。以上文档由电子游戏平台 - 首页提供,有关中频熔硅炉信息咨询请登录公司网站:www.nba17.com.


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